باتری‌های ثانویه (قابل شارژ) راحت‌ترین شکل دستگاه‌های ذخیره انرژی هستند. در بین تمام باتری‌های ثانویه تجاری موجود، باتری‌های لیتیوم یون(یون لیتیوم) بالاترین چگالی انرژی را ارائه می‌دهند، وزن کم و حجم کم باتری‌های لیتیوم یون، آن‌ها را به گزینه اصلی بسیاری از وسایل الکترونیکی مصرفی مانند رایانه‌های قابل‌حمل و تلفن‌های همراه تبدیل کرده است. با این‌وجود، هنوز سطح فناوری فعلی باتری لیتیوم یون در تأمین نیازهای برق برای وسایل نقلیه الکتریکی یا هیبریدی (EV/HEV) هنوز هم مطلوب نیست.

برای بهبود ظرفیت انرژی ماشین‌های الکتریکی، توان مخصوص و چگالی انرژی باتری‌ها باید بهبود یابد. از میان مواد مختلف، استفاده از سیلیکون به‌عنوان آند دارای چالش‌هایی از جمله سیکل‌پذیری، طول عمر و رسانندگی کم است. برای رفع این چالش‌ها تحقیقات فراوانی صورت گرفته است که از میان راهکار‌های معرفی‌شده دو روش: 1-کاهش سایز ذرات سازنده آند و استفاده از ذرات میکرو و نانو سیلیکون 2-ترکیب سیلیکون با انواع مختلف کربن (گرافیت، نانولوله، نانو میله، نانو کره و …) تأثیر مناسبی بر رفع موانع مذکور داشته‌اند.

هدف این گروه پژوهشی نیز بهبود کارایی، ظرفیت و طول عمر باتری‌های لیتیوم یون 18650 با استفاده از آند سیلیکونی است. به این منظور ابتدا آند سیلیکونی طراحی و یک نمونه آزمایشگاهی نیم سل سکه‌ای باتری لیتیوم یون با این آند ساخته شده است و هدف از این پژوهش، توسعه روشی برای تولید انبوه سل 18650 با این آند مبتنی بر روش‌های مدل‌سازی و تئوری طراحی آزمایش خواهد بود.

هدف اصلی این پژوهش ورود به مسیر تجاری‌سازی باتری‌های لیتویم-یون 18650 دارای آند سیلیکونی و کاتد و الکترولیت متناسب با آن است. برای دست‌یابی به این مهم، یک نمونه باتری لیتیوم یون نیم سل CR2032 با آند سیلیکونی دارای ساختار نانو پیشنهادی توسط این گروه پژوهشی ساخته شده است و به ظرفیت قابل قبولی (با ظرفیت 1000 میلی‌آمپر ساعت بر گرم بعد از 50 سیکل) دست یافته‌اند. اما همچنان این سوال باقی است که برای استفاده از این نانوساختار به عنوان آند باتری‌های تجاری و تولید آن در مقادیر صنعتی و لایه نشانی آن در آندهای باتری‌های 18650 باید چگونه عمل کرد و چه پروتکلی را برای سنتز کاتد و الکترولیت متناسب با آن طراحی کرد. در این پژوهش قصد بر این است که آند سیلیکونی با ساختار در نظر گرفته شده به صورت تجاری در باتری‌های 18650 سنتز شود و همچنین دو جزء اصلی دیگر باتری یعنی کاتد و الکترولیت نیز متناسب با ویژگی‌های آند طراحی شوند. بنابراین در این طرح می‌بایست علاوه بر آند به طور همزمان کاتد و الکترولیت مناسب این آند جهت نزدیک شدن به ظرفیت تئوری این ساختار و طول عمر مناسب طراحی شود، برای این منظور ابتدا با مدل‌سازی چند فیزیکه توسط نرم افزارهای COMSOL و دینامیک مولکولی و همچنین با استفاده از روش‌های DFT و با استفاده از تئوری طراحی آزمایش و نرم افزار MiniTab، آند و کاتد و الکترولیت باتری لیتیوم یون 18650 با ویژگی‌های مد نظر طراحی شوند. پس از ساخت و تست‌های مشخصه‌یابی، عملکرد آند و کاتد و الکترولیت طراحی شده مورد بررسی قرار می‌گیرد تا در نهایت به نمونه تجاری این باتری با حداکثر ظرفیت آند سیلیکونی دست یابند. پس از این مرحله و تولید نمونه تجاری باتری لیتیوم یون 18650 با آند سیلیکونی، انتظار می‌رود با طراحی خط تولید این باتری، شرکت‌های تولیدکننده اقدام به تولید آن نموده و این نوع از باتری‌های 18650 بخشی از بازار داخل را به خود اختصاص دهند.